Forskere opdager en ny mekanisme til eksport af bakteriel polysaccharid

I gramnegative bakterier, som omfatter nogle af de mest ødelæggende menneskelige patogener, er der indtil videre kun identificeret to mekanismer til eksport af polysaccharider. Nu har et Max Planck-forskerteam ledet af Lotte Søgaard-Andersen identificeret en helt ny tredje mekanisme for, hvordan polysaccharider eksporteres. Disse resultater, offentliggjort i mBio , bane vejen for en fuldstændig forståelse af de mekanismer, der medierer beskyttelse, motilitet og interaktion mellem mange bakterielle patogener.

Bakterier trives ikke kun med sukker som kulstof- og energikilde – de producerer og udskiller også en lang række såkaldte polysaccharider. Polysaccharider er strenge af sukkerarter og er de mest udbredte biopolymerer på jorden. De lange sukkerkæder spiller vitale roller i fritlevende, kommensale og patogene bakterier. De er også afgørende for bakteriel beskyttelse, idet de beskytter cellerne mod miljøbelastninger såsom udtørring, immuneffektorer og rovdyr. Derudover bidrager deres klæbende og strukturelle funktioner til overfladekolonisering og biofilmdannelse. De er også vigtige for en vellykket anvendelse af antibakterielle vacciner. De har således nøglerne til at forstå og kontrollere både gavnlige og patogene interaktioner mellem mennesker, dyr og planter og mikrober. Og sidst, men ikke mindst, bruges polysaccharider i fødevare-, medicinal- og medicinindustrien.

Eksport af polysaccharider er en stor udfordring, fordi molekylerne er kemisk forskellige og meget store. I gramnegative bakterier har man hidtil kun kendt to mekanismer for eksport af polysaccharider:et ydre membran OPX-protein (i de såkaldte Wzx/Wzy- og ABC transporter-afhængige veje) og et ydre membran β-barrel protein (i de såkaldte syntaseafhængige veje). Alligevel er der eksempler på veje, der ikke ser ud til at følge disse simple skemaer:Især i nogle Wzx/Wzy-veje var ydre membran-β-tønde-proteiner kendt for at være vigtige for polysaccharid-eksport, for eksempel i Vibrio cholerae og Myxococcus xanthus , men den nøjagtige mekanisme var uklar. Derudover beskriver andre undersøgelser korte OPX-proteiner, der mangler den del, der integreres i den ydre membran. Her er det uklart, hvordan disse proteiner kunne understøtte polysaccharideksport.

Et forskerhold ved Max-Planck-Institutet for Terrestrisk Mikrobiologi ledet af Lotte Søgaard-Andersen var i stand til at kaste nyt lys over disse spørgsmål. Ved hjælp af eksperimenter og beregningsmæssig strukturel biologi giver forskerne bevis for en helt ny mekanisme for, hvordan bakterier kan eksportere polysaccharider over den ydre membran. Johannes Schwabe, en kandidatstuderende og hovedforfatter af undersøgelsen, og Dr. María Pérez-Burgos siger:"Vi startede med at se nærmere på den Wzx/Wzy-afhængige vej til syntesen af ​​et udskilt polysaccharid kaldet EPS i M. xanthus."

Ifølge den nuværende viden vil EPS blive udskilt over den ydre membran af et OPX-protein, der er integreret i membranen. Imidlertid fandt gruppen ud af, at et ydre membran-β-tøndeprotein ved navn EpsX også er vigtigt for EPS-eksport. "Så opdagede vi overraskende et tilsvarende periplasmatisk kort OPX-protein EpsY, der fuldstændig mangler delen til at spænde over den ydre membran. Sammen med Dr. Timo Glatter fandt vi også ud af, at EpsX og EpsY interagerer direkte."

Baseret på deres observationer og beregningsmæssig strukturel biologi, foreslår forskerne, at EpsX og EpsY repræsenterer en ny type translokon til polysaccharideksport over den ydre membran, hvor et β-tøndeprotein eksplicit fungerer som den ydre membranspændende del i et todelt kompleks med et helt periplasmatisk OPX-protein.

Ifølge Lotte Søgaard-Andersen kan denne detaljerede viden åbne op for nye måder at bekæmpe sygdomsfremkaldende bakterier på. Hun forklarer, "Marco Herfurth, en kandidatstuderende i min forskningsgruppe, fandt ved hjælp af beregningsgenomik, at lignende sammensatte systemer er udbredt i gramnegative bakterier.

"For eksempel forklarer dette nye system, hvordan V. cholerae udskiller sit VPS-polysaccharid, som er vigtigt for biofilmdannelse og virulens. Vores resultater har således ikke kun betydelige implikationer for vores forståelse af polysaccharideksport i M. xanthus, men også dybtgående implikationer for vores forståelse af polysaccharideksport generelt i gramnegative bakterier." + Udforsk yderligere

For at bryde igennem bakteriernes beskyttende skjold skal du målrette mod skjoldfremstilleren